冀東油田注水調(diào)剖（驅(qū)）地面設備的配制

侯天才

摘 要：注水井的化學調(diào)剖（驅(qū)）技術是一項新型的油田注水采油工藝技術。僅從工藝而言，它不僅涉及油田地質(zhì)學、采油工藝學、機械加工工藝學和電工學等學科。而且也涉及現(xiàn)場施工設計方案是否正確、配套設備的設計是否合理以及現(xiàn)場的施工經(jīng)驗等因素。本文將重點對注水井化學調(diào)剖（驅(qū)）工藝的地面配套設備如：注聚泵、攪拌罐、儲液罐、低壓管匯、高壓流程以及電器控制設計制造的計算、加工及選型方式進行詳細的介紹。

關鍵詞：調(diào)剖;注聚泵;攪拌罐;儲液罐;電控設備

中圖分類號： TE357 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-166-3

0 ?引言

2007年年初，我們在冀東油田高尚堡油區(qū)先后配置了兩套油田注水化學調(diào)剖的整體地面設備。由于是剛剛接觸到這項新型技術，開始階段，我們無論是在設計思想、設計理念，還是在設備的選型上基本是仿照其他油田的現(xiàn)場運轉(zhuǎn)情況來確定自己的方案的。但是，問題很快就隨之出現(xiàn)了。如：①由于攪拌罐與儲液罐之間容積不相匹配，很容易造成攪拌好的液體不能及時的注入井下。嚴重時出現(xiàn)罐內(nèi)凝結，造成了生產(chǎn)上不必要的浪費。②流程管線低壓部分的軟管內(nèi)徑與泵及罐體進出口不相匹配，有泄漏現(xiàn)象發(fā)生。③高壓管線沒有壁厚壓力值計算書。④由于對注聚泵不甚了解，以至于在購買配件時，不能非常合理的兼顧到各部配件之間的匹配性。

幾年來，我們以冀東油田（甲方）所提出的施工要求和施工方案為基本準則，不斷地進行現(xiàn)場勘察論證，反復核對每一個相關的數(shù)據(jù)，在保證施工要求的前提下，對部分設備和流程上的零配件進行了重新設計。在零配件的互換性方面進行了大膽的改革。截至2014年底，我們先后為冀東油田調(diào)剖現(xiàn)場加工制造了20多套調(diào)剖作業(yè)的地面設備。為調(diào)剖施工單位創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟效益做出了有力的保障。

1 ?地面流程的設計

在調(diào)剖施工中，地面流程設計是非常關鍵的一部分。它直接關系到調(diào)剖液是否能夠順利的注入井下。因此，我們以冀東油田（甲方）所給出的《施工設計方案》中的施工流程為藍本，對流程中的低壓管匯以及高壓流程進行了必要的設計與整改。

1.1 單井的流程設計

單井調(diào)剖流程相對比較簡單，其主要設備為3NB300-1.15/35注聚泵1臺（排量5～7m3/h，壓力25MPa）、14m3配液池（攪拌罐）1具、15m3儲液罐1具、40m3儲水罐2具（儲存清水、污水各一具）、倒水用離心式水泵（排量50m3）2臺、倒液用雙螺桿泵（20m3）2臺、單注塞計量泵（排量10L/h，壓力4MP）以及部分高低壓管線。

1.1.1 ?工作流程（見圖1）

①取水源中的水（清水、污水）分別進入兩個40m3儲水罐中。

②用離心泵將40m3儲水罐中的水泵入14m3攪拌罐中，從進料漏斗中加入化學藥劑，用攪拌器將化學藥劑與水攪拌均勻制成調(diào)剖液，再由雙螺桿泵打入15m3儲液罐中待用;

③打開儲液罐下的球閥，用雙螺桿泵將攪拌好并待用的調(diào)剖液傳遞給注聚泵。在此流程中加入回流裝置，以防液體不能被注聚泵急時吸入。

④交聯(lián)劑一般是由計量泵直接打進注聚泵的進口處，以防過早的與調(diào)剖液混合，發(fā)生凝結現(xiàn)象。

⑤利用注聚泵的高壓（35MPa），將調(diào)剖液與交聯(lián)劑的混合液體通過高壓管線直接打入井內(nèi)的地層中。

1.1.2 ?流程施工中的安裝與調(diào)試

拿到甲方的施工井號和設計方案后，應根據(jù)現(xiàn)場的具體情況首先安排設備的擺放（注聚泵應擺放在距井口5～10米處）。根據(jù)設備的擺放情況設計出現(xiàn)場的低壓區(qū)和高壓區(qū)。低壓區(qū)應距高壓區(qū)5～15米。低壓區(qū)內(nèi)，儲液罐與攪拌罐與清水泵、雙螺桿泵之間的連接一般采用低壓軟管，低壓軟管直徑以21/2″或3″為最佳。但是在低壓區(qū)內(nèi)，清水泵的出口與攪拌罐進料漏斗之間應采用2″由壬接口和高壓軟管方式連接。

高壓部分是指從注聚泵出口到井口之間的硬管連接。所采用的管線主要以21/2″（φ73）油管或厚壁管為主，采用管扣式或卡箍式等連接方式，管線拐彎處使用高壓彎頭。在管線流程中設置回路，正常情況下，回路用平行閘板閥封閉。井口處應安裝單流閥，以防井壓倒灌。

1.2 單設備雙井的流程設計

在現(xiàn)場的施工中，情況是千變?nèi)f化的。有時在一個井場中同時有兩口或兩口以上的油井需要同時進行調(diào)剖（或調(diào)驅(qū)）作業(yè)。對于這種情況，如果我們還是按照單井調(diào)剖的方法來進行設備的配套，勢必要增加生產(chǎn)投入，增加現(xiàn)場施工人員的勞動強度。而且有些井場因受場地面積的影響，不允許有擺放更多設備的空間。

鑒于這種情況，我們又對設備的流程進行了重新設計。在低壓區(qū)內(nèi)增加了一個分流裝置（見圖2）。使其能夠利用一套攪拌罐和儲液罐，既一個完整的低壓系統(tǒng)同時供應給兩個具有注聚泵的獨立的高壓系統(tǒng)，同時為兩口相鄰的井進行調(diào)剖（驅(qū)）作業(yè)。這樣一來我們極大地降低了設備的制造成本，減輕了施工人員的勞動強度，同時也增加了雙螺桿泵的利用率，減少液體的回流并起到了節(jié)約能源的效果。

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圖2 雙井單管匯流程圖

1.3 高壓流程管線壁厚的計算

高壓流程管線主要是指從注聚泵到井口的這一段管線，這一段管線的最大理論承壓值為35MPa，一般承壓值不超過20MPa。其中的零件包括管線、短節(jié)、接箍、單流閥、高壓彎頭、卡箍四通、針閥以及平行閘板閥等。由于短節(jié)和接箍以及高壓彎頭等屬于標準件，因此在設計過程中只許考慮管線的壁厚計算。在計算過程中主要按美國ANSI.B16.34中關于管線壁厚的計算公式：

SJ=1.5×+C ?（1-1）

式中：SJ——管線的壁厚（mm）;

Dn——管線的最大內(nèi)徑（mm）;

Pn——設計工作壓力（35MPa）;

K1——壁厚系數(shù)（當Pn≥5Mpa時，K1=1）;

δ——許用應力，δ=2/3×δ0.2;

C——附加容量（一般情況下，C=1）。

1.4 高壓管線中接頭與接箍的設計與加工

高壓流程中所使用的油管短節(jié)、油管接箍、卡箍及由壬等，一般情況下屬于石油行業(yè)中的標準件，在設計與加工中按規(guī)定的標準執(zhí)行即可。若有特殊形狀要求的，在設計時其壁厚可按本文1.3中所給出的公式計算。油管扣應按API Spec 5CT中所規(guī)定標準進行加工和檢驗。

2 ?攪拌罐和儲液罐的設計

2.1 攪拌罐的設計及加工

2.1.1 ?外形

攪拌罐的外觀應設計為兩端圓弧形結構。之所以要采取這種設計，主要是因為當池內(nèi)調(diào)剖液在經(jīng)過攪拌器螺旋槳攪拌時，液體不會因為有池內(nèi)死角而攪不均勻。

2.1.2 ?容積

攪拌罐的容積應根據(jù)設計施工方案來確定。如：設計施工方案中給出的排量是5～7m3/h，為保持調(diào)剖液不凝結須每兩個小時配一次液。那么，就可以將攪拌罐的容積確定為14m3或15m3。因此，即可確定攪拌罐的設計容積為：

Q=t·Q1+C ? ?（2-1）

式中：Q——攪拌罐的設計容積（m3）;

t——配液的間隔時間（h）;

Q1——設計注液排量（m3/h）;

C——容量增加值（通常情況下C=1）。

2.1.3 ?攪拌器槳葉直徑和葉桿長度的確定

應根據(jù)罐體的高度和容積來確定。通常情況下，為保證調(diào)剖液能夠充分地攪拌均勻，槳葉應距離罐底100～200mm，槳葉的直徑應為罐體直徑的1/2左右，兩槳葉之間的距離不能大于2米。如果罐體的高度大于1.2米時，應設置上下兩層槳葉，以保證調(diào)剖液能夠被充分的攪拌均勻。

2.1.4 ?配料漏斗的制造與安裝

因所配制的調(diào)剖液的化學材料是固體粉末狀，所以需用高壓水將其沖入

攪拌罐中。高壓水嘴設置在圓錐形漏斗下方的圓柱體上，高壓水嘴與進水管應在同一中心線上，誤差不能大于0.5mm。加料漏斗應安裝在攪拌罐的上方，安裝的位置不能影響攪拌器的正常使用。同時應考慮施工人員操作的方便性。

2.2 儲液罐的設計及加工

2.2.1 ?儲液罐

儲液罐的容積一般應大于攪拌罐1～3m3左右，以便于將攪拌罐一次攪拌出的調(diào)剖液能夠全部裝入。

由于調(diào)剖液比重較大，而且為了便于施工人員操作和觀察，罐體設計的不宜太深，通常以1.1～1.3米為最佳。

2.2.2 ?儲水罐

應根據(jù)施工井注液量的多少，來設計儲水罐的容量。通常情況下應將儲水罐容量控制在30～50m3為宜。

施工時，應采用雙罐組合的方式，即一個儲水而另一個使用，從而保證在施工中不會因為缺水而造成停產(chǎn)。

3 工業(yè)泵的選型

在調(diào)剖配套設備中，有一些設備或產(chǎn)品是必須由取得了國家和專業(yè)部門認證資格的廠家方可生產(chǎn)。這些產(chǎn)品包括：注聚泵、計量泵、雙螺桿泵、離心泵、齒輪泵、高壓配件以及低壓軟管等。這些設備必須要通過單位技術部門的選型和檢驗部門嚴格的檢驗，方可運抵施工現(xiàn)場進行使用。本章只介紹調(diào)剖施工中所使用的工業(yè)泵的選型。

3.1 注聚泵的選型

3.1.1 ?注聚泵在調(diào)剖施工中的主要作用及技術參數(shù)

①作用：利用注聚泵產(chǎn)生的高壓，將已攪拌好的調(diào)剖液注入地層。

②技術參數(shù)：排量5～10m3/h，進口壓力≤0.05MPa，出口壓力≥25MPa，

電機功率≥90kW。

3.1.2 ?施工中對注聚泵的要求

①能夠輸送清水、污水等液體或含有酸、堿等物質(zhì)的黏稠液體。

②泵效高、工作平穩(wěn)可靠、操作方便、壓力排量調(diào)節(jié)范圍廣且使用壽命長。

③在施工過程中，不能有停泵的現(xiàn)象發(fā)生，如有預見性停電時，停注前2個小時應停止添加各種交聯(lián)劑，以防調(diào)剖劑在井筒內(nèi)發(fā)生交聯(lián)。

④若出現(xiàn)突然停泵或停電現(xiàn)象，應立即啟用備用泵車和注水管線將調(diào)剖液全部頂入地層。

⑤為保證施工的連續(xù)性，應隨時設有備用泵，以防因注聚泵自身出現(xiàn)故障造成施工中斷。

3.1.3 ?結論

根據(jù)以上的要求，并通過我們在冀東油田高尚堡作業(yè)區(qū)施工一年來所總結出的經(jīng)驗，我們認為使用3DPAN125—6.7/35和3NB300—1.15/35兩種型號的注聚泵，即可滿足油區(qū)內(nèi)所有注水井的調(diào)剖注液施工工作。

3.2 雙螺桿泵的選型

3.2.1 ?雙螺桿泵在調(diào)剖施工中的用途和技術參數(shù)

①用途：主要用于攪拌罐與儲液罐和注聚泵之間調(diào)剖液的相互傳遞;②技術參數(shù)：吸入壓力≤0.6MPa;排出壓力≥1MPa;排量：>10m3/h;

3.2.2 ?技術要求

①在施工過程中，要求泵體應具有良好的自吸性能、均勻的流量以及較小的噪音。②運行中不能有停泵的現(xiàn)象發(fā)生，如有預見性停電時，應在停注前一小時內(nèi)，用清水將泵內(nèi)及相關管線內(nèi)的調(diào)剖液沖洗干凈;若發(fā)生突然停電，應急時用泵車將泵內(nèi)的調(diào)剖液清理干凈。③應備有一定數(shù)量的備用泵，一般情況下，每2～3口井備有一臺備用泵，以防止泵內(nèi)出現(xiàn)故障而造成停泵。

3.2.3 ?結論

綜上所述，我們認為，選擇一種排量在20m3/h左右的雙螺桿泵能夠滿足施工的需求。因此我們在冀東油田高尚堡作業(yè)區(qū)的施工中選擇了型號為2HMG280A-40的雙螺桿泵。

3.3 清水泵的選型

3.3.1 ?用途與要求

①用途：儲液罐與攪拌罐之間倒水;②技術參數(shù)：泵壓：>0.6MPa;排量：20～50m3/h;③要求：進口部分與40m3儲水罐相連接，出口部分與攪拌罐連接。

3.3.2 ?選型

①根據(jù)以上要求，一般選擇離心式水泵或齒輪式水泵兩種泵型。②選擇排量50m3左右的清水離心泵為宜，排量30m3左右的齒輪泵為宜。

3.4 計量泵選型

3.4.1 ?用途

調(diào)剖施工中，為保證調(diào)剖液能夠在有效的時間內(nèi)進入地層，而不在地面或井筒內(nèi)凝固，交聯(lián)劑與調(diào)剖液就不能同時在一個攪拌池中攪拌，而是需要有一套單獨的添加裝置，這套裝置的核心設備就是計量泵。其主要用途是根據(jù)地層注塞段的需要來加注一定劑量的交聯(lián)劑。

3.4.2 ?要求

①計量泵的流量應具有手動調(diào)節(jié)或伺服調(diào)節(jié)兩種功能

②因交聯(lián)劑的劑量相對較少，所以計量泵的體積不宜過大;③進出管線的接口應相對合理，并且安全可靠;④機械效率高、使用壽命長，電控系統(tǒng)具有過載保護;⑤無論是在停車或運行狀態(tài)下，都可以對其行程進行調(diào)節(jié)。

3.4.3 ?結論

綜上所述，我們認為選擇一種排量為5～20L/H的JG型計量泵，完全能夠滿足施工的需求。

4 ?電控設備

電控系統(tǒng)是調(diào)剖施工設備中的一個重要組成部分，是為所有電力設備提供動力來源的基礎設施。其中包括動力導線、動力控制柜、變頻控制柜、壓力傳感器、電子流量計以及數(shù)據(jù)采集箱等。因此，在線路設計和設備選型上應采取合理的配制，以免造成不必要的浪費。

4.1 動力線路

4.1.1 ?動力線路的設計

動力線路是指整個流程中所有的電力設備的開關控制、導線以及照明和流程管線的冬季保溫系統(tǒng)。

4.1.2 ?動力線的選擇

①動力線路的選擇，應根據(jù)現(xiàn)場的實際情況與設備功率選擇相應直徑的電纜。②如無特殊要求，應選擇有塑料包皮銅芯電纜，帶金屬鎧甲的線纜為最佳。

4.1.3 ?鋪設方式

①施工中，應盡可能將線纜埋入地下;②如選擇無鎧甲電纜，應事先將電纜穿入鍍鋅鐵管中，然后再埋入地下;③當電纜需要橫穿公路時，應事先在路面上鋪設鋼管，將電纜穿過。盡可能避免高架線纜。

4.2 電路控制系統(tǒng)

4.2.1 ?低壓電器控制柜

①低壓電器控制柜是控制整個施工現(xiàn)場所有電路電器的開關和保護總成，要求箱體的體積要大，一般為1200×800×1600（長×寬×高），箱體的下方應安裝地腳螺絲將其固定在地面上;②控制柜外部應設有防雨、防塵土等設施，條件允許的情況下，最好將其安置在室內(nèi);③應根據(jù)施工現(xiàn)場的實際需求，分別設置幾個分路電器控制柜。

4.2.2 ?變頻控制柜

①作用：及時準確地調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，有效發(fā)揮注聚泵的工作效率;②電路示意圖：變頻控制柜是由變頻器和其他電器元件（開關、電容、電阻、指示燈及電器儀表等）組成;③功率確定：應根據(jù)注聚泵的實際功率來選擇變頻器的大小。一般情況下，變頻器的功率略大于注聚泵的功率，如：注聚泵的功率為90kW，就應選擇一臺功率為132kW的變頻器;④安裝方式：由于變頻器的主要工作是控制三相感應電機的調(diào)速，對周圍環(huán)境及溫度要求較高。因此，在安裝時要與外界隔離，一般情況下，應將變頻控制柜安置在一個單獨的房間內(nèi)。房內(nèi)要求干燥且通風良好，并由專人負責看管。

5 ?結論

通過以上論述，調(diào)剖地面設備的加工制造可在國家、行業(yè)標準的基礎上，制定出一個相應的企業(yè)標準，并且形成自身的品牌，為企業(yè)的發(fā)展開辟出一條新的路徑。

施工單位一次性投入資金購買或加工制造該套設備，在工作量飽滿的情況下，一年內(nèi)即可收回全部投入資金。而該套設備可連續(xù)使用5～10年，經(jīng)濟效益非?？捎^。

參 考 文 獻

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